Unter Verwendung der Methoden der linguistischen Analyse, die darauf abzielen, die allgemeinen Eigenschaften der von Menschen gesprochenen Sprachen zu untersuchen, haben amerikanische Chemiker gelernt, die vom Leben gesprochene Sprache - die Sprache der Proteine - besser zu verstehen, und sogar eine Reihe davon geschaffen Drogen.
Bacillus anthracis (das Bakterium in der Mitte hat Sporen gebildet)
Wissenschaftler haben die sogenannten antimikrobiellen Peptide einer linguistischen Analyse unterzogen - sehr kurze Eiweißmoleküle bestehend aus 20-30 Aminosäuren, die von tierischen Zellen zur Bekämpfung von Mikroben produziert werden. Antimikrobielle Peptide sind Teil des angeborenen Immunsystems, im Gegensatz zu Antikörpern werden sie während des Lebens des Körpers nicht modifiziert und "passen" sich nicht an neue Arten von Krankheitserregern an.
Die Abfolge von Aminosäuren in einem Peptidmolekül wurde als Satz betrachtet und einzelne Aminosäuren als Wörter. Die sprachliche Analyse ergab etwa 700 charakteristische grammatikalische Strukturen oder „Phrasen“, jede 10 Aminosäuren lang, in bekannten antimikrobiellen Peptiden.
Hier ist ein Beispiel für eine dieser Strukturen: P[KAYS][ILN][FGI]C[KPSA][IV][TS][RKC][KR]. Die Buchstaben stehen hier für verschiedene Aminosäuren. Mehrere in eckige Klammern eingeschlossene Buchstaben bedeuten, dass an dieser Stelle jede der aufgeführten Aminosäuren stehen kann. Beispielsweise steht in diesem „Ausdruck“die Aminosäure P immer an erster Stelle, eine der vier Aminosäuren K, A, Y oder S steht an zweiter Stelle, entweder I, oder L, oder N steht an der dritte und so weiter. Es wurden „Sätze“berücksichtigt, die nur für antimikrobielle Peptide typisch sind, nicht aber für andere Peptide und Proteine.
Anhand der gefundenen Muster haben Wissenschaftler 42 neue antimikrobielle Peptide entworfen und hergestellt, die den identifizierten „grammatischen Regeln“entsprechen, sich aber gleichzeitig von allen bekannten natürlichen Analoga unterscheiden. Experimente haben gezeigt, dass 18 von 42 neuen Molekülen eine starke antimikrobielle Wirkung gegen einen oder mehrere Mikroorganismen haben. Darunter sind neue Medikamente gegen so gefährliche Mikroben wie den Anthrax-Erreger Bacillus anthracis und Staphylococcus aureus.
Um sicherzustellen, dass die antimikrobielle Wirkung genau durch die "Grammatik", also die Abfolge der Aminosäuren, und nicht nur durch die Aminosäurezusammensetzung des Peptids bestimmt wird, wurde folgender Versuch durchgeführt. Für jedes der 42 künstlichen Peptide wurde ein Kontrollanalog hergestellt – ein Peptid, das aus denselben Aminosäuren besteht, aber in zufälliger Reihenfolge angeordnet ist. Eine antimikrobielle Wirkung wurde nur bei zwei der 42 Peptide festgestellt.
Es ist möglich, dass künstliche antimikrobielle Peptide in Zukunft Antibiotika ersetzen können. Ein wichtiger Vorteil der neuen Medikamentenklasse ist, dass es für Mikroben viel schwieriger ist, Resistenzen gegen sie zu entwickeln. Allerdings bedeutet „viel schwieriger“nicht „unmöglich“. Die Anpassungsfähigkeit von Mikroorganismen ist extrem hoch. Aus diesem Grund ist es so wichtig zu lernen, wie man künstliche antimikrobielle Peptide herstellt, die denen in der Natur nicht ähnlich sind, insbesondere denen, die von menschlichen Zellen produziert werden.
Wenn Ärzte beginnen, natürliche antimikrobielle Peptide in großem Umfang als Arzneimittel zu verwenden, werden früher oder später mit Sicherheit resistente Mikroorganismenstämme auftauchen. Dies könnte die Gesundheit der gesamten Menschheit gefährden – schließlich werden wir tatsächlich Mikroben züchten, die eine der wichtigsten natürlichen Schutzbarrieren des Körpers problemlos überwinden können. Künstliche Peptide, die der natürlichen „Grammatik“entsprechen, aber immer noch anders als ihre natürlichen Pendants sind, sind in dieser Hinsicht viel sicherer. In extremen Fällen treten Mikroben auf, die gegen dieses Medikament resistent sind, aber nicht mehr. Daran sind Mediziner längst gewöhnt, und die einzig mögliche Gegenmaßnahme ist bekannt: Man muss nur ein neues Medikament entwickeln. Der große Kampf des menschlichen Genies gegen den Einfallsreichtum der biologischen Evolution geht weiter.
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